Laporan Praktikum
Hari, Tanggal: Kamis, 20 April 2017
Teknologi Bioindustri
Gol/Kel
: P2/1
Dosen Asisten
: Drs. Purwoko M.Si : 1. Sri Puji A F34130058 2. Diwya D F34130099
PRODUKSI ASAM ORGANIK (ASAM SITRAT) DENGAN KULTIVASI CAIR & PADAT Oleh : Arina Manasyakana Fitriani Ayu Ainun Najib Shabrina Ghaisani
(F34140034) (F34140035) (F34140042)
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2017
PENDAHULUAN
Latar Belakang Asam sitrat adalah asam organik yang secara alami terdapat pada buahbuahan seperti jeruk, nenas dan pear. Asam sitrat pertama kali diekstraksi dan dikristalisasi dari buah jeruk, sehingga asam sitrat hasil ektraksi dari buah-buahan ini dikenal sebagai asam sitrat alami. Asam sitrat merupakan produk metabolik pertama dalam siklus Krebs. Proses pembentukannya diawali dengan pemecahan gula menjadi asam piruvat melalui proses glikolisis. Dalam siklus Krebs, asam piruvat dikonversi menjadi asetil koenzim-A sebagai hasil aktivitas enzim piruvat oksidase dan koenzim-A-SH. Asam sitrat terbentuk sebagai hasil reaksi langsung antara asetil koenzim-A dengan asam oksaloasetat dengan dikatalis oleh enzim sitrat sintase. Proses pembentukan asam sitrat ini merupakan suatu rangkaian reaksi biokimia kompleks yang sangat sensitif terhadap perubahan kondisi lingkungan. Asam sitrat memiliki banyak kegunaaannya. Asam sitrat (C6H8O7) banyak digunakan dalam industri terutama industri makanan, minuman, dan obat-obatan. Kurang lebih 60% dari total produksi asam sitrat digunakan dalam industri makanan, dan 30% digunakan dalam industri farmasi, sedangkan sisanya digunakan dalam industri pemacu rasa, pengawet, pencegah rusaknya rasa dan aroma, sebagai antioksidan, pengatur pH dan sebagai pemberi kesan rasa dingin. Dalam industri makanan dan kembang gula, asam sitrat digunakan sebgai pemacu rasa, penginversi sukrosa, penghasil warna gelap dan penghelat ion logam. Dalam industri farmasi asam sitrat digunakan sebagai pelarut dan pembangkit aroma, sedangkan pada industri kosmetik digunakan sebagai antioksidan. Tidak hanya itu, kemampuan asam sitrat untuk mengkelat logam menjadikannya berguna sebagai bahan sabun dan deterjen. Dalam bidang bioteknologi, asam sitrat digunakan untuk melapisi pipa mesin dalam proses pemurnian tinggi sebagai pengganti asam nitrat, karena asam nitrat dapat menjadi zat berbahaya setelah digunakan untuk keperluan tersebut. Dengan manfaatmanfaat tersebut, produksi asam sitrat terus dikembangkan teknologinya, baik metode maupun bahan baku. Tiap metode yang digunakan untuk memproduksi asam sitrat memiliki faktor keberhasilan yang berbeda-beda. Keberhasilan produksi asam sitrat dengan metode kultivasi cair dipengaruhi oleh pH, total asam, biomassa, dan kadar gula sisa. Sedangkan keberhasilan produksi asam sitrat dengan metode kultivasi padat dapat dilihat dari nilai total asamnya. Untuk itu dilakukan praktikum ini untuk meproduksi asam sitrat dan melihat tingkat keberhasilan dari kedua metode yang ada.
Tujuan Tujuan dari praktikum ini adalah memproduksi asam sitrat menggunakan kultivasi cair dan subtrat padat, serta melakukan pengujian asam sitrat (pH, total asam, biomassa, dan kadar gula sisa) untuk melihat tingkat keberhasilannya
METODOLOGI
Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan pada praktikum ini antara lain, otoklaf, erlenmeyer, incubator, neraca, labu titrasi, pipet, kertas pH, pemanas, dan corong. Bahan yang dibutuhkan antara lain, mikroorganisme Aspergillus niger, ekstrak tauge, (NH4)2SO4, KH2PO4, onggok, dedak, aquades, NaOH 0,1 N, indicator PP, kertas saring Whatman No. 4. Metode a. Kultivasi Cair
Gula pasir, ekstrak tauge, (NH4)2SO4, KH2PO4 Disterilisas i Dicampur
Aspergillus niger
Diinkubasi
Disterilisas i Diinokulasi
Diinokulasi
Aspergillus niger
Sample diambil
Diinkubasi
Diamati pH, biomassa, Gula pasir, (NH4)2SO4, KH2PO4 gula sisa, dan Media disiapkan total asam
Hasil pengamatan
b. Kultivasi Padat Onggok, dedak
Dicampur
Akuades
Disterilis asi
Diinokula si
Diinkuba si
Sample diambil
Diamati total asam
Aspergillus niger Hasil pengamatan
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengamatan [Terlampir] Pembahasan Asam sitrat adalah suatu asam organik yang larut dalam air dengan citarasa yang menyenangkan dan banyak digunakan dalam industri pangan, kosmetik, farmasi dan lain-lain. Menurut Wehner (1893), asam sitrat ini digunakan pada industri makanan dan farmasi karena cenderung aman, dapat memberikan rasa asam yang memuaskan, tingkat kelarutan yang tinggi terhadap air dan sebagai buffering dan chelating agent. Untuk industri kosmetik dan wewangian digunakan sebagai buffering agent. Serta secara luas digunakan sebagai buffering dan chelating agent di berbagai macam industri. Rumus kimia asam sitrat sendiri adalah C 6H8O7 atau CH2(COOH)COH(COOH)-CH2(COOH), struktur asam ini tercermin dari nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat. Keasaman asam sitrat sendiri didapatkan dari tiga gugus karboksil COOH yang dapat melepas proton dalam larutan. Jika hal ini terjadi, ion yang dihasilkan adalah ion sitrat (Ali et al 2001). Asam sitrat dapat berupa kristal anhidrat yang bebas air atau berupa kristal monohidrat yang mengandung satu molekul air untuk setiap molekulnya. Bentuk anhidrat asam sitrat berupa kristal dalam air panas, sedangkan bentuk monohidrat asam sitrat berupa kristal dalam air dingin. Bentuk monohidrat sendiri dapat diubah menjadi bentuk anhidrat dengan pemanasan pada suhu 70-75°C. Asam sitrat yang dipanaskan diatas suhu 175°C akan terdekomposisi dengan melepaskan CO2 dan air. Menurut Rosyida (2014), asam sitrat tergolong zat pengikat logam sehingga dapat menstabilkan warna makanan, mengurangi kekeruhan, mengubah sifat mudah mencair atau meningkatkan pembentukan gel. Asam sitrat mengikat logam dalam bentuk ikatan kompleks sehingga dapat mengalahkan sifat dan pengaruh jelek logam tersebut dalam bahan. Selain itu, kontak langsung dengan asam sitrat akan menyebabkan iritasi kulit dan mata. Kultivasi adalah reaksi dengan menggunakan mikroba untuk mengubah bahan baku menjadi produk (Artika 2010). Mikroba yang digunakan adalah bakteri, khamir, atau kapang. Prosesnya dilakukan di dalam bejana yang disebut dengan bioreaktor. Umpan yang masuk ke bioreaktor disebut substrat. Substrat utama adalah sumber karbon yang digunakan mikroba untuk memberikan energi untuk pertumbuhan dan produksi produk akhir. Mikroba juga membutuhkan nutrien lainnya. Nutrien ini juga menyediakan elemenelemen kunci pada penyusunan struktur molekul dari komponen-komponen sel seperti nucleus, dinding sel, dan membran. Nutrien yang umum digunakan adalah sulfur, fosfor, kalium, magnesium, nitrogen, dan mineral-mineral lainnya tergantung pada jenis mikroba (Riadi 2007). Mitchell dan Lonsane (1992) mendefinisikan kultivasi substrat padat sebagai proses kultivasi yang substratnya tidak larut dan tidak
mengandung air bebas, tetapi cukup mengandung air untuk keperluan hidup mikroba. Kultivasi substrat padat memiliki beberapa kelebihan menurut Mitchell dan Lonsen (1992) antara lain, media yang digunakan relatif sederhana, terdiri dari produk pertanian yang belum dimurnikan sehingga mengandung nutrien yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba; keterbatasan jumlah air yang tersedia sehingga membatasi kontaminasi terutama oleh bakteri dan khamir, meskipun kontaminasi oleh jenis kapang lain masih menjadi masalah; Sifat substrat yang biasanya berbentuk konsentrat mengakibatkan kebutuhan bioreaktor lebih kecil dibandingkan dengan ukuran bioreaktor untuk media cair dengan jumlah substrat yang sama; Aerasi lebih mudah dilakukan karena adanya ruang antarpartikel yang memungkinkan transfer udara ke dalam lapisan film tipis air pada permukaan substrat. Lapisan tipis ini dapat memiliki permukaan yang luas, memungkinkan terjadinya transfer oksigen dengan cepat; Inokulum spora dapat digunakan pada proses yang melibatkan kapang sehingga menghindari kebutuhan tangki pembibitan yang relatif besar; Proses hilir lebih mudah dan limbah yang dihasilkan dapat diminimasi. Meskipun begitu, kultivasi substrat padat juga memiliki beberapa kekurangan diantaranya, kultivasi substrat padat hanya dapat diaplikasikan terbatas pada mikroba yang dapat tumbuh pada tingkat kelembaban yang dikurangi, sehingga rentang proses dan proses yang memungkinkan lebih terbatas dibandingkan dengan kultivasi kultur cair; Penghilangan panas metabolik selama pertumbuhan dapat menjadi permasalahan terutama pada skala besar; Sifat substrat padat menyebabkan masalah pada pengendalian parameter proses. Kontrol pengendalian terhadap parameter proses seperti pH, kelembaban relatif dan konsentrasi substrat tidak mungkin dilakukan. Biomassa, yang merupakan parameter fundamental pada pertumbuhan mikroba juga sulit untuk dihitung secara langsung pada sistem kultivasi substrat padat karena kapang yang digunakan berpenetrasi dan terikat dengan kuat pada partikel substrat; Transfer massa pada kultivasi substrat padat terbatas pada difusi, sedangkan pada kultivasi substrat cair transfer massa dapat dilakukan dengan adanya agitasi pada cairan; Dasar keilmuan dan aspek teknis sistem kultivasi substrat padat belum terkarakterisasi. Waktu kultivasi cenderung lebih lama dibandingkan dibandingkan dengan kultivasi substrat cair, disebabkan oleh laju pertumbuhan spesifik yang lebih rendah. Rendemen pada kultivasi substrat padat juga relatif lebih rendah dibandingkan dengan kultivasi substrat cair. Kultivasi substrat cair adalah kultivasi yang terjadi pada medium yang konsistensinya cair. Dalam menjalankan fermentasi substrat cair ditentukan oleh sifat-sifat mikroorganisme dalam mengambil oksigen untuk kehidupannya. Mikroorganisme aerob tumbuh di atas, anaerob tumbuh di dasar, fakultatif tumbuh di semua bagian. Adapun kelebihan dari kultivasi cair adalah hampir disemua bagian tangki terjadi fermentasi, kontak antar reaktan dan bakteri semakin besar, rendemen yang dihasilkan lebih besar dari kultivasi padat, waktu kultivasi yang relatif singkat, transfer massa dapat dengan agitasi cairan. Selain itu kekurangan dari kultivasi cair adalah biaya operasinya yang relatif mahal. Asam sitrat adalah asam organik yang secara alami terdapat pada buahbuahan seperti jeruk, nenas, dan pear. Asam sitrat pertama kali diekstraksi dan dikristalisasi dari buah jeruk, sehingga asam sitrat hasil ektraksi dari buah-
buahan ini dikenal sebagai asam sitrat alami. Wehner pada tahun 1983 pertama kali melaporkan produksi asam sitrat sebagai hasil sampingan pada fermentasi produksi asam oksalat dengan menggunakan Penicillium glaucum. Tahun 1917, Currie juga melaporkan bahwa Aspergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat pada medium pH rendah dengan kadar gula tinggi. Sejak saat itu asam sitrat diproduksi secara komersial dengan menggunakan kapang Aspergillus niger. Dewasa ini telah diketahui banyak jenis kapang yang dapat menghasilkan asam sitrat, seperti A. niger, A. awamori, A. fonsecaeus, A. luchuensis, A. wentii, A. saitoi, A. flavus, A. clavatus, A. fumaricus, A. phoenicus, Mucor viriformis, Ustulina vulgaris, dan sebagainya. Selain kapang, beberapa bakteri dan kamir juga dapat memproduksi asam sitrat, diantaranya: Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter dan Candida. Mikroorganisme tersebut membutuhkan substrat agar dapat menghasilkan asam sitrat. Beberapa bahan yang umum digunakan untuk produksi asam sitrat antara lain molasis, limbah cair tahu, gula pasir, dan dedak. Molase yang merupakan by product yang dihasilkan dari sisa proses produksi gula, berwarna coklat dan berbentuk cairan kental. Bahan ini tidak dapat dihilangkan warnanya meskipun sudah mengalami pengenceran atau penambahan zat aditif. Sampai saat ini pemanfaatan masih terbatas pada industri alkohol dan MSG, meskipun beberapa peneliti memanfaatkan pada pembuatan gasohol, maka perlu dilakukan usaha pemanfaatan produk lain, karena penambahan pabrik-pabrik gula, diikuti peningkatan dari molase. Salah satu alternatif adalah pemanfaatan sebagai bahan baku pembuatan asam sitrat, yang perlu mengalami pelakuan awal untuk menghilangkan logam-logam tertentu dengan menambahkan bahan kimia sebelum disterilisasi, sehingga logam-logam akan mengendap atau dapat juga dilakukan pemurnian menggunakan cation exchange (Widyanti 2010). Bahan lainnya adalah limbah cair tahu. Limbah cair tahu merupakan hasil samping proses pembuatan tahu yang merupakan bahan baku potensial untuk memproduksi protein sel tunggl dan fermentasi. Limbah cair tahu berasal dari sari kedelai yang disaring dalam proses menjadi tahu melalui proses pengumpalan protein sari kedelai. Limbah cair tahu sebagian besar mengandung bahan organik berupa protein, lemak, karbohidrat dan bahan an organik (Ca, Fe, Cu, Na, N, P, K, Cl, Mg). Limbah cair tahu dapat digunakan sebagai media fermentasi karena masih mengandung nutrisi yang dapat digunakan untuk pertumbuhan mikroba. Kandungan limbah cair tahu yaitu air, pati, glukosa, Ca, Cu, Na, Mg, dan Fe (Jayanudin dan Syachurrozi 2016). Gula termasuk dalam kelompok karbohidrat yang terdiri dari 3 golongan yaitu monosakarida, disakarida dan polisakarida monosakarida adalah contoh gula sederhana yang merupakan turunan dari disakarida. Apabila sukrosa dihidrolisis akan dihasilkan dua molekul gula sederhana yaitu molekul glukosa dan fruktosa. Gula pasir dapat digunakan sebagai media kultivasi karena kandungan glukosa yang ada di dalamnya. Dedak merupakan hasil ikutan proses pemecahan kulit gabah, yang terdiri atas lapisan kutikula sebelah luar, hancuran sekam dan sebagian kecil lembaga yang masih tinggi kandungan protein, vitamin, dan mineral. Gunawan (1975) menyatakan bahwa fungsi dedak dalam proses fermentasi adalah sebagai substrat dan pengikat sehingga bentuk produk hasil fermentasi akan menarik, disamping itu penambahan dedak dalam substrat akan dimanfaatkan oleh mikroorganisme sebagai sumber energi untuk pertumbuhan
dan perkembangannya, sehingga menyebabkan mikroba cepat tumbuh dan mudah berkembang biak. Mikroorganisme yang digunakan untuk produksi asam sitrat diantaranya dalah Aspergillus niger. Aspergillus niger adalah kapang anggota genus Aspergillus, famili Eurotiaceae, ordo Eutiales, sub-klas Plectomycetetidae, kelas Ascomycetes, subdivisi Ascomycotina dan divisi Amastigmycota (Hardjo et al 1989). Aspergillus niger mempunyai kepala pembawa konidi yang besar, dipak secara padat, bulat dan berwarna hitam coklat atau ungu coklat. Kapang ini mempunyai bagian yang khas yaitu hifanya berseptat, spora yang bersifat aseksual dan tumbuh memasang di atas stigma, mempunyai sifat aerobik, sehingga dalam pertumbuhannya memerlukan oksigen dalam jumlah yang cukup. Aspergillus niger termasuk mikroba mesofilik dengan pertumbuhan maksimum pada suhu 35°C - 37°c. Derajat keasaman untuk pertumbuhan mikroba ini adalah 2 - 8,8 tetapi pertumbuhannya akan lebih baik pada kondisi asam atau pH yang rendah. Terdapat beberapa pengujian yang dilakukan dalam menganalisis asam sitrat yang terbentuk, antara lain pengujian derajat keasaman atau pH, total asam, gula sisa, dan biomassa. Pengujian pertama adalah uji derajat keasaman atau pH. Pengujian ini digunakan untuk menyatakan tingkat keasaaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. pH normal memiliki nilai 7 sementara bila nilai pH>7 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat basa sedangkan nilai pH<7 menunjukkan keasaman. pH 0 menunjukkan derajat keasaman yang tinggi dan pH 14 menunjukkan derajat kebasaan tertinggi. Umumnya indicator sederhana yang digunakan adalah kertas lakmus yang berubah menjadi merah bila keasamannya tinggi dan biru bila keasamannya rendah. Selain menggunakan kertas lakmus, indicator asam basa dapat diukur dengan pH meter yang bekerja berdasarkan prinsip elektrolit/konduktivitas suatu larutan. Sistem pengukuran pH mempunyai tiga bagian yaitu elektroda pengukuran pH, elektroda referensi dan alat pengukur impedansi tinggi. Istilah pH berasal dari "p", lambang matematika dari negative logaritma, dan "H", lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Defenisi yang formal tentang pH adalah negative logaritma dari aktivitas ion Hydrogen. pH adalah singkatan dari power of Hydrogen. Pengujian kedua adalah uji total asam. Asam ini terbentuk dari hasil fermentasi oleh bakteri biakan menjadi asam sitrat. Prinsip pengukuran total asam tertitrasi merupakan penentuan konsentrasi total asam. Total asam tertitrasi dihitung sebagai persen asam sitrat. Kandungan asam sitrat akan berbeda-beda pada bergantung pada lama penyimpanan. Uji kadar total asam dengan menggunkan titrasi. Sampel diambil 10 mL dan dimasukkan kedalam labu Erlenmeyer untuk dititrasi dengan NaOH 0.1 N. Indikator yang digunakan adalah phenolptalein 1% dengan perubahan warna dari tak berwarna menjadi merah muda (Purwanti Ira 2013). Pengujian ketiga adalah uji gula sisa, penentuan gula pereduksi dilakukan berdasarkan metode Miller. Prinsip metode ini adalah dalam suasana alkali gula pereduksi akan mereduksi asam 3,5-dinitrosalisilat (DNS) membentuk senyawa yang akan diukur absorbannya pada panjang gelombang 550 nm. Pereaksi DNS dibuat dengan melarutkan 10,6 g asam 3,5-dinitrosalisilat dan 19,8 NaOH ke dalam 1.416 ml air. Setelah itu, ditambahkan 306 g Na-K-Tatrat, 7,6 g fenol yang dicairkan pada suhu 50oC dan 8,3 g Na-Metabisulfit. Larutan ini diaduk rata, kemudian 3 ml larutan ini dititrasi dengan HCl 0.1 N dengan indikator
fenolftalein. Banyaknya titran berkisar 5 sampai dengan 6. Jika kurang dari itu harus ditambahkan 2 g NaOH untuk setiap ml kekurangan HCl 0,1 N. Kurva standar dibuat dengan mengukur nilai gula pereduksi pada glukosa 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; dan 0,6 g l-1. Nilai gula pereduksi diukur dengan metode DNS. Hasil yang didapatkan diplotkan dalam grafik secara linear. Pengujian gula pereduksi menggunakan kurva standar DNS adalah sebagai berikut: sebanyak 1 mL sampel dimasukkan ke dalam tabung reaksi, kemudian ditambahkan 3 ml pereaksi DNS larutan tersebut ditempatkan dalam air mendidih selama 5 menit. Biarkan sampai dingin pada suhu ruang. Ukur absorbansinya pada panjang gelombang 550 nm (Daud et al 2012). Pengujian terakhir adalah uji biomassa. Efek dari makronutrien fosfat dan trace element Fe, Zn, dan Mn saling mempengaruhi pertumbuhan biomassa dan pembentukan produk asam sitrat. Akumulasi asam sitrat akan tercapai jika konsentrasi fosfat, Fe, dan Zn lebih rendah dari konsentrasi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan biomassa. Pengujian terhadap biomassa dilakukan dengan menyaring cairan fermentasi pada kertas saring yang telah dikeringkan dan diketahui bobotnya. Biomassa dihitung sebagai bobot residu kering hasil penyaringan per ml cairan kultivasi. Pemanfaatan asam sitrat pada industri pada industri makanan dan minuman mencapai 70%, industri farmasi 12%, dan industri lainnya sebesar 18%. Besarnya pemanfaatan asam sitrat pada industri makanan dan minuman karena kelarutannya yang relatif tinggi, tak beracun, dan menghasilkan rasa asam yang disukai. Asam sitrat biasa digunakan sebagai pengawet, pencegah kerusakan warna dan aroma, menjaga turbiditas, penghambat oksidasi, penginvert sukrosa, penghasil warna gelap pada kembang gula, selai, serta jelly (Summo et al 1993). Salah satu pemanfaatan asam sitrat dalam industi yaitu penggunaannya di dalam industri bioteknologi dan obat-obatan untuk melapisi (passivate) pipa mesin dalam proses kemurnian tinggi sebagai ganti asam nitrat. Hal tersebut dikarenakan asam nitrat dapat menjadi zat berbahaya setelah digunakan untuk keperluan tersebut, sementara asam sitrat tidak. Asam sitrat dapat pula ditambahkan pada es krim untuk menjaga terpisahnya gelembung-gelembung lemak. Selain itu, dalam resep makanan, asam sitrat dapat digunakan sebagai pengganti sari jeruk (Mangunwidjaja dan Suryani 1994). Pada proses pembuatan asam sitrat, aspek yang diamati antara lain pH, total asam, gula sisa, dan biomassa. Selama proses fermentasi untuk produksi asam sitrat diperlukan pH ≤ 2. pH yang rendah akan mengurangi resiko kontaminasi pada saat fermentasi oleh mikroorganisme lain. pH yang rendah juga menghambat produksi dari asam organik yang tidak diinginkan (misalnya asam glukonat, asam oksalat) dan hal ini membuat perbaikan asam sitrat dari media cair. Menurut Papagianni (1995), meningkatnya pH menjadi 4,5 selama fase produksi akan menurunkan hasil asam sitrat sampai 80%. pH pada media juga mempengaruhi produksi asam sitrat dari A. niger karena beberapa enzim yang berperan dalam siklus TCA sensitif terhadap pH. pH yang rendah selama fermentasi untuk produksi asam sitrat yang optimal diperlukan pH sekitar 2. Jika kondisi tersebut tidak diperoleh hasil produksi akan berkurang (Mattey 1992). Menurut Papagianni (1995) dan Papagianni et al. (1999), bahwa pH mempengaruhi morfologi dan produktivitas asam sitrat dari A. niger dari hasil data kuantitatif. Morfologi dengan agregat yang kecil dan filament yang pendek
berkaitan dengan meningkatnya produksi asam sitrat pada pH sekitar 2,0 ± 0,2. Pada pH 1,6 morfologi akan berkembang abnormal (bulbous hyphae) dan produksi asam sitrat akan menurun secara drastis. Pada pH 3,0 agregat mempunyai bentuk perimeter yang lebh panjang dan terbentuk asam oksalat. Berdasarkan data hasil pengamatan bahwa pH mengalami kenaikan pada fermentasi jam ke-24 dan kemudian menurun pada fermentasi jam ke-48 hingga fermentasi jam ke-120 dan 144. Hal ini tidak sesuai dengan literature, seharusnya semakin lama waktu fermentasi maka semakin rendah pH larutan tersebut karena semakin banyak asam sitrat yang dihasilkan. Ketidaksesuaian ini disebabkan oleh peralatan (pH meter) yang digunakan dalam pengukuran pH telah rusak sehingga data yang dihasilkan tidak akurat. Mekanismenya pertama-tama, asetilko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk kedalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Setelah mentransfer asetil masuk kedalam siklus Krebs, ko-A memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO2 dan membentuk asam a-ketoglutarat. Setelah itu, asam aketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinilko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinilko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksina mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk dan sehingga fenomena ini menyebabkan penurunan pH terhadap media fermentasi (Suryana 2007). Pengamatan kedua adalah total asam. Penurunan pH pada pembentukan asam sitrat menunjukkan peningkatan jumlah total asam yang terbentuk. Berdasarkan data hasil pengamatan, total asam yang terbentuk mengalami fluktuasi. Ketidaksesuaian ini disebabkan oleh tidak adanya blanko sebagai indicator dan tolak ukur berhentinya proses titrasi sehingga perubahan warna yang dihasilkan bisa berbeda-beda. Perhitungan total asam akan semakin meningkat seiring dengan lamanya waktu fermentasi. Penurunan nilai total asam mengindikasikan penurunan aktivitas mikroorganisme dalam memproduksi asam sitrat. Hal ini dikarenakan kemampuan mikroorganisme untuk menghasilkan produk telah terhenti karena mikroorganisme telah berada pada fase stasioner. Hal tersebut dapat disebabkan oleh nutrisi dari media fermentasi telah terkonversi seluruhnya oleh mikroba dalam pembentukan maupun penambahan jumlah biomassa.
Pengamatan ketiga adalah kadar gula sisa pada produk asam sitrat yang terbentuk. Berdasarkan data hasil pengamatan gula sisa yang terdapat pada asam sitrat mengalami fluktuasi seiring dengan lamanya waktu fermentasi. Semakin lama waktu fermentasi maka kadar sisa yang terbentuk akan semakin menurun. Penurunan kadar gula sisa disebabkan oleh kandungan glukosa sebagai nutrisi pada media digunakan sebagai sumber karbon dan dikonsumsi oleh mikroba. Sel mengkonsumsi gula melalui mekanisme hidrolisis invertasi sehingga jenis gula yang digunakan juga akan mempengaruhi proses invertase sel terhadap gula. Menurut Boddy et al (1993), jenis gula yang baik yang memiliki ikatan invertase miselium kuat adalah sukrosa. Jenis gula ini mampu aktif pada pH rendah sehingga hidrolisis akan dapat lebih cepat berjalan. Pengamatan terakhir adalah konsentrasi biomassa pada produk yang terbentuk. Menurut Kubicek dan Rohr (1989), pertumbuhan sel tercepat yaitu ketika berada pada fase eksponensial, selanjutnya akan menurun pada stasioner. Karena pada fase eksponensial jumlah nutrisi yang dikonsumsi oleh mikroorganisme lebih banyak dibandingkan jumlah mikroorganisme. Berdasarkan data hasil pengamatan, total biomassa yang dihasilkan semakin menurun sebanding dengan lama waktu fermentasi. Hal ini telah sesuai dengan literature bahwa semakin lama waktu fermentasi maka akan meningkatkan jumlah asam sitrat yang terbentuk sehingga jumlah biomassa akan menurun. Pembentukan biomassa dan asam sitrat dipengaruhi oleh kandungan media yang digunakan, yaitu efek makronutrien dan trace element.
PENUTUP
Simpulan Asam sitrat adalah suatu asam organik yang larut dalam air dengan citarasa yang menyenangkan dan banyak digunakan dalam industri pangan, kosmetik, farmasi dan lain-lain. Pembuatan asam sitrat sendiri terdiri dari kultivasi substrat padat dan kultivasi substrat cair. Kultivasi substrat padat adalah proses kultivasi yang substratnya tidak larut dan tidak mengandung air bebas, namun cukup mengandung air untuk keperluan hidup mikroba. Sedangkan kultivasi substrat cair adalah kultivasi yang terjadi pada medium yang konsistensinya cair. Banyak bahan yang dapat digunakan sebagai bahan pembuat asam sitrat, diantaranya molasis, limbah cair tahu, gula pasir, dedak dan mikroorganisme. Dalam praktikum ini digunakan mikroorganisme jenis kapang, yaitu Aspergillus niger. Terdapat beberapa pengujian yang dilakukan dalam menganalisis asam sitrat yang terbentuk, antara lain pengujian derajat keasaman atau pH, total asam, gula sisa, dan biomassa. pH mempengaruhi morfologi dan produktivitas asam sitrat dari A. niger dari hasil data kuantitatif. Berdasarkan percobaan, didapati pH yang mengalami kenaikan pada fermentasi ke 24 dan penurunan mulai fermentasi ke 48 jam. Seharusnya, nilai pH yang didapat terus menurun mengingat banyaknya asam sitrat yang terus dihasilkan. Penurunan pH pada pembentukan asam sitrat menunjukkan peningkatan jumlah total asam yang terbentuk. Bedasarkan percobaan didapati nilai total asam yang cenderung fluktuatif. Perhitungan total asam akan semakin meningkat seiring dengan lamanya waktu fermentasi. Penurunan nilai total asam mengindikasikan penurunan aktivitas mikroorganisme dalam memproduksi asam sitrat. Begitu pula dengan gula sisa yang terdapat pada asam sitrat juga mengalami fluktuasi seiring dengan lamanya waktu fermentasi. Semakin lama waktu fermentasi maka kadar sisa yang terbentuk akan semakin menurun. Penurunan kadar gula sisa disebabkan oleh kandungan glukosa sebagai nutrisi pada media digunakan sebagai sumber karbon dan dikonsumsi oleh mikroba. Sedangkan konsentrasi biomassa akan semakin menurun karena penambahan asam sitrat yang diproduksi sehingga jumlah biomassa akan menurun. Saran Praktikum ini telah berjalan dengan semestinya. Praktikum ini akan lebih baik lagi jika dilakukan banyak variasi perlakuan, seperti mikroorganisme yang digunakan, bahan yang digunakan, dan sebagainya. Hal ini dapat memberikan pemahaman yang lebih terhadap dampak yang dihasilkan akibat perbedaan perlakuan sehingga hasil pengamatannya dapat diterapkan secara langsung pada industri produksi asam sitrat.
DAFTAR PUSTAKA Ali, Ikram, Qadeer, Iqbal. 2001. Production of Citric Acid by Aspergillus niger Using Cane Molasses in a Strirred Fermentor. Dalam Electronic Journal of Biotechnology Vol 5, No.3. Artika AYR. 2010. Kajian hidrolisis tongkol jagung oleh kapang selulolitik menggunakan kultivasi media padat untuk produksi pakan. [Skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor. Boddy LM, Berges T, Barreau C, Vainstain MH, Johnson MJ, Balance DJ. 1993. Purification and characterization of an Aspergillus niger invertase and its DNA sequence. Curr Genet. 24: 6-60. Gunawan C. 1975. Percobaan Membuat Inokulum Untuk Tempe dan Oncom. Makalah Ceramah Ilmiah LKN. Bandung (ID) : LIPI Bandung. Hardjo SS, Indrasti NS, Tajuddin B. 1989. Biokonveksi : Pemanfaatan Limbah Industri Pertanian. Bogor (ID) : Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi IPB. Kubicek CP, Rohr M. 1989. Citric acid fermentation. Crit Rev Biotechnol. 4:73331. Mangunwidjaja D, Suryani A. 1994. Teknologi Bioproses. Jakarta (ID) : Penebar Swadaya. Mattey M. 1992. The production of organic acids. Crit Rev Biotechnol 12:87– 132. Mitchell DA, Lonsane BK. 1992. Definition, Characteristics, and Potential. Di dalam: H. W. Doelle, D. A. Mitchell, dan C. E. Rolz, editor. Solid Substrate Cultivation. London (GB): Elsevier Applied Science. Muhammad D, Wasrin S, Khaswar S. 2012. Biokonversi bahan berlignoselulosa menjadi bioetanol menggunakan Aspergillus niger dan Saccharomyces cereviciae. Jurnal Perennial. 8 (2): 43-51. Papagianni M, Mattey M, Berovic M, Kristiansen B. 1999. Aspergillus niger morphology and citric acid production in submerged batch fermentation: effects of culture pH, phosphate and manganese levels. Food Technol Biotechnol. 37:165–71. Papagianni M. 1995. Morphology and citric acid production of Aspergillus niger in submerged culture. [Thesis]. University of Strathclyde. Purwanti Ira. 2013. Uji total asam dan organoleptik dalam pembuatan yoghurt susu kacang hijau (Phaseolus radiatus) dengan penambahan ekstrak ubi jalar ungu (Ipomoea batatas l). [Skripsi]. Surakarta (ID) : Universitas Muhammadiyah Surakarta. Riadi L. 2007. Teknologi Fermentasi. Yogyakarta (ID) : Graha Ilmu. Rosyida F. 2014. Pengaruh jumlah gula dan asam sitrat terhadap sifat organoleptik, kadar air, dan jumlah mikroba manisan kering siwalan (Borassus flabellifer). E-journal boga. 3(1): 300. Sumo, Sumantri, Subono. 1993. Prinsip Bioteknologi. Jakarta (ID) : PT. Gramedia Pustaka Utama. Sunarya.2007. Mudah dan Aktif Belajar Kimia. Bandung: Setia Purna Inves. Syachurrozi I, J Jayanudin. 2016. Potensi limbah cair tahu sebagai media tumbuh spirulina platensis. Jurnal Integrasi. 6 (2) : 64-68.
Wehner. 1893. Petunjuk Praktikum Bioteknologi Mikroba. Bogor (ID): FMIPA IPB. Widyanti EM. 2010. Produksi asam sitrat dari substrat molase pada pengaruh penambahan vco (virgin coconut oil) terhadap produktivitas aspergillus niger itbcc l74 terimobilisasi. [Tesis]. Semarang (ID): Universitas Diponegoro.
Ja m ke
pH Pada Cair t
Total Asam Padat Cair (mg/ml (mg/ml) ) 23,040 22,464
0
5
4
24
5,5
5,3
6,528
48
3,9
5,5
30,992
72
4
4,5
19,200
144
2
4,5
Gula Sisa
0,0020 7 10,944 0,0013 6 14,784 0,0029 3 12,096 0,0014 3 11,712 0,0017 9 LAMPIRAN
Absorbans i (λ= 550 nm) -0,006
Biomass a (Cair) (%)
-0,022
2,7
-0,002
2,7
-0,009
2,75
-0,024
2,6
Tabel 1 Hasil pengamatan Asam Sitrat pada kultivasi padat dan cair Gambar 1 Kurva Standar
Absorbansi (λ= 550 nm) 0
0 0 f(x) 0 = 4.66x 0 -00.020 0 R² = 1
-0.01 -0.02 -0.02 -0.03 -0.03
0
0 Absorbansi (λ= 550 nm) Linear (Absorbansi (λ= 550 nm))
3,2
Tabel 2 Pembagian Kerja No Nama 1 Arina Manasyakana
NIM F34140034
2
Fitriani Ayu Ainun Najib
F34140035
3
Shabrina Ghaisani
F34140042
Tugas Pendahuluan, konten no 2 dan 3 Cover, penutup, editing, konten no 1 dan 5 Metodologi, konten 4 dan 6
TTD
